锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法技术

技术编号：40938621 阅读：4 留言：0更新日期：2024-04-18 14:56

本发明专利技术属于电池领域，具体涉及一种锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，包括下述步骤：1)将正极片预处理后进行抛光；2)将抛光后的正极片置于高湿环境中充分暴露得到待测样品；3)将待测样品使用扫描电镜进行确认是否含有补锂剂。使用本申请的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，将未知配方的正极样品抛光去除表层覆盖正极活性材料颗粒，随后进行高湿环境放置，可以使正极中可能存在的补锂剂与CO<subgt;2</subgt;和H<subgt;2</subgt;O反应，暴露出补锂剂特征点，有助于科研工作者快速定位分析该样品中是否含有补锂剂。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池领域，具体涉及一种锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法。

技术介绍

1、锂离子电池在首次充电过程中，从正极材料脱出的锂离子部分用于在负极表面生成sei膜，造成电池首效低，从而降低电池能量密度。基于此，补锂剂应运而生，其可在首充时提供不可逆锂离子，提高首效。对于科研工作者而言，能够分析出正极配方中是否含有补锂剂，对于它们提升研发效率会有很大益处。然而、当前锂离子电池中补锂剂的逆向表征方法还存在很多困难。

2、当前商用补锂剂主要为li2nio2(lno)或li5feo4(lfo)等，对补锂剂的逆向表征存在以下几个问题：1、补锂剂用量占比整个配方用量非常少(通常用量只占主材1～5％)，使用sem很难快速定位到补锂剂位置进行观测；更严重的，大部分补锂剂都被主材颗粒覆盖在极片里层，要想逆向分析正极配方是否添加补锂剂则更加困难。2、对于主材使用磷酸铁锂(lfp)，补锂剂使用lfo，或三元主材复合lno使用的情况，由于主材元素和补锂剂元素基本一致，因此也不能使用icp或eds等方法提取特征元素证明补锂剂的存在。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法。

2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：

3、一种锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，包括下述步骤：

4、1)将正极片预处理后进行抛光；

5、2)将抛光后的正极片置于高湿环境中充分暴露得到待测样品；</p>

6、3)将待测样品使用扫描电镜进行确认是否含有补锂剂。

7、步骤1)包括：

8、对正极片的预处理步骤为：使用碳酸二甲酯浸泡后，去除正极片表面电解液残留和副产物，随后将该正极片进行烘干处理；

9、优选的，对预处理后的正极片的抛光步骤包括，使用氩离子束抛光仪对极片表面进行抛光，去除表层的主材颗粒；

10、优选的，氩离子束抛光仪加速电压5kev下剖光至少1h。

11、所述的主材颗粒为磷酸铁锂lfp、钴酸锂或三元材料。

12、步骤2)中高湿环境中充分暴露的条件为相对湿度rh为60％～90％，存放2～7天。

13、步骤3)中的扫描电镜进行确认是否含有补锂剂的条件为：

14、3.1)低倍视野下和/或bse测试模式下初步判断补锂剂特征点。

15、步骤3)的条件还包括，

16、3.2)对步骤3.1)得到的补锂剂特征点进行高倍视野下观测进一步判断是否含有补锂剂。

17、将待测样品在扫描电镜的低倍视野下观测该样品有无明显凸出区域，对凸出区域进行标记，初步判断凸出区域为补锂剂特征点。

18、将待测样品在扫描电镜的bse测试模式激发出材料的背散射电子，找到bse模式下原子序数信息变小的区域进行标记，初步判断凸出区域为补锂剂特征点为补锂剂特征点。

19、步骤3.2)中高倍视野下观测步骤3.1)中的特征点尺寸为微米级且具有疏松多孔的形貌，并凸出样品表面即含有补锂剂。

20、还包括步骤4)：

21、4.1)对补锂剂特征点进行成分分析，与未经过步骤2)的对比例进行对比分析，当其含碳量大于对比例进一步表明其含有补锂剂；

22、4.2)通过分析其他元素含量判断含有的补锂剂的种类。

23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：

24、lno和lfo等补锂剂具有在空气中不稳定、易吸潮或与co2而形成无活性的锂铁氧化合物以及残碱(li2co3、lioh)的特性，同等条件下，正极活性材料具有更好的结构和化学稳定性。

25、本申请的技术方案将未知是否含有补锂剂的正极片进行氩离子抛光，去除覆盖极片表层的正极活性材料，便于暴露出正极片中可能存在的补锂剂，随后将抛光后的样品放置于高湿环境中，使正极片中补锂剂与空气中的h2o和co2发生反应。

26、首先，补锂剂与水和二氧化碳充分反应过程中，补锂剂形貌会发生明显膨胀，凸出样品平面，呈现疏松多孔形貌，在低倍视野下易暴露出补锂剂位置。其次，反应后的补锂剂主要为残碱(li2co3、lioh)，反应越充分，残碱含量越高，残碱的平均原子序数比正极主材的平均原子序数小的多，由于bse模式下背散射电子信号主要反映原子序数衬度像，使得补锂剂残碱和正极活性材料形成明显衬度对比，进行补锂剂位置快速定位。

27、最后，由于补锂剂仅有少量的碳含量存在(当lno或lfo表层包覆碳层)，而高湿条件下补锂剂与co2反应生成li2co3，碳含量明显提高，通过eds或epma等成分分析手段对找到残碱位置进行定性分析，若该位置c含量显著升高，则说明该正极片配方中存在补锂剂。

28、综上可以看出，使用本申请的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，将未知配方的正极样品抛光去除表层覆盖正极活性材料颗粒，随后进行高湿环境放置，可以使正极中可能存在的补锂剂与co2和h2o反应，暴露出补锂剂特征点，有助于科研工作者快速定位分析该样品中是否含有补锂剂。

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【技术保护点】

1.一种锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，步骤1)包括：

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，所述的主材颗粒为磷酸铁锂LFP、钴酸锂或三元材料。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，步骤2)中高湿环境中充分暴露的条件为相对湿度RH为60％～90％，存放2～7天。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，步骤3)中的扫描电镜进行确认是否含有补锂剂的条件为：

6.根据权利要求5所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，步骤3)的条件还包括，

7.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，将待测样品在扫描电镜的低倍视野下观测该样品有无明显凸出区域，对凸出区域进行标记，初步判断凸出区域为补锂剂特征点。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特

9.根据权利要求6所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于：步骤3.2)中高倍视野下观测步骤3.1)中的特征点尺寸为微米级且具有疏松多孔的形貌，并凸出样品表面即含有补锂剂。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于：还包括步骤4)：

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【技术特征摘要】

1.一种锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，步骤1)包括：

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，所述的主材颗粒为磷酸铁锂lfp、钴酸锂或三元材料。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，步骤2)中高湿环境中充分暴露的条件为相对湿度rh为60％～90％，存放2～7天。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，步骤3)中的扫描电镜进行确认是否含有补锂剂的条件为：

6.根据权利要求5所述的锂离子电池正极补锂剂的逆向分析方法，其特征在于，步骤3)的条件还包括，

【专利技术属性】
技术研发人员：韦德英，李慧芳，陈荣，厉成北，
申请(专利权)人：力神青岛新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：

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